JP2001158893A - Method and apparatus for producing synthetic natural gas - Google Patents

Method and apparatus for producing synthetic natural gas

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JP2001158893A
JP2001158893A JP37609199A JP37609199A JP2001158893A JP 2001158893 A JP2001158893 A JP 2001158893A JP 37609199 A JP37609199 A JP 37609199A JP 37609199 A JP37609199 A JP 37609199A JP 2001158893 A JP2001158893 A JP 2001158893A
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natural gas
synthetic natural
electrode
arc
particulate
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JP37609199A
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Japanese (ja)
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Takeshi Hatanaka
武史 畑中
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus therefor capable of efficiently mass-producing a clean synthetic natural gas from inexpensive water and carbon as feedstocks. SOLUTION: This apparatus has such a scheme that a cathode assembly 48 and a tubular anode 26 are set up inside housings 14, 16, 18 to provide an arc reaction chamber 76 having 1st and 2nd reaction zones Z1, Z2, the anode 26 and a cathode holder 22 are cooled by cooling passage means 38 and 40 each communicating with an inlet 32, steam generated in a steam generation unit 50 is injected via an injector ring 24 into the 1st reaction zone Z1 and subjected to catalytic reaction with the arc to form a hydrogen-rich gas, which, in turn, is subjected to catalytic reaction with the carbon of a carbonaceous material 79 in the 2nd reaction zone Z2 to obtain the objective methane-rich gas.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】 この発明は代替天然ガス製造法
に関し、とくに、合成天然ガス製造法およびその装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an alternative natural gas production method, and more particularly to a synthetic natural gas production method and apparatus.

【0002】[0002]

【従来技術】 石油資源の涸渇化、工場や自動車からの
排ガスによる大気汚染や、炭酸ガス排出による地球温暖
化の有効な対策として、近年自動車、船舶等の輸送機械
用の燃料として、あるいは発電用燃料として天然ガスが
注目されている。しかも、天然ガスは都市ガス用として
も年々普及しており、とくに、ピークロード対策として
代替天然ガスの製造法が提案されている。
BACKGROUND ART As an effective measure against depletion of petroleum resources, air pollution due to exhaust gas from factories and automobiles, and global warming due to carbon dioxide emission, in recent years, it has been used as a fuel for transportation equipment such as automobiles and ships, or for power generation Natural gas has attracted attention as a fuel. In addition, natural gas is widely used for city gas year by year. In particular, a method for producing alternative natural gas has been proposed as a measure against peak loads.

【0003】 米国特許第4,092,129号には電
解槽に多孔質電極を配置して電気分解によりH、O
を生成し、Oを石炭粉末と反応させてCOを生成し、
一方、反応室にてCOとHを反応させることによりメ
タンを生成するようにした合成天然ガス製造法およびそ
の装置が提案されている。この方法はメタンの生成効率
が低いために装置が大型化するのみでなく、石炭中の黄
硫が生成ガス中に混入するため、追加的な精製工程が必
要となる。
[0003] US Pat. No. 4,092,129 discloses that a porous electrode is arranged in an electrolytic cell and H 2 and O 2 are electrolyzed.
And reacting O 2 with the coal powder to produce CO;
On the other hand, a synthetic natural gas production method and an apparatus for producing methane by reacting CO and H 2 in a reaction chamber have been proposed. This method not only increases the size of the apparatus due to low methane production efficiency, but also requires an additional purification step because the sulfuric acid in the coal is mixed into the produced gas.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】 上記合成天然ガス製
造装置は効率が悪く、合成ガスを低コストで商業的、工
業的な規模で大量生産することはできなかった。しか
も、原料として石炭粉末を利用するために、生成ガス中
に多量の黄硫分を含むため、クリーンな合成天然ガスを
提供することができなかった。
SUMMARY OF THE INVENTION The above-mentioned synthetic natural gas producing apparatus is inefficient, and it has not been possible to mass-produce synthetic gas at low cost on a commercial or industrial scale. Moreover, since a large amount of sulfuric acid is contained in the produced gas because coal powder is used as a raw material, clean synthetic natural gas cannot be provided.

【0005】 本発明の目的は低コストでクリーンな合
成天然ガスの製造法およびその装置を提供することにあ
る。
It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for producing clean synthetic natural gas at low cost.

【0006】 本発明の他の目的は安価な水を原料とし
て低コストでクリーンな合成天然ガスを商業的、工業的
規模で大量生産が可能な合成天然ガスの製造法およびそ
の装置を提供することを目的とする。
Another object of the present invention is to provide a method for producing synthetic natural gas and an apparatus therefor which enable mass production of low-cost, clean synthetic natural gas on a commercial or industrial scale using inexpensive water as a raw material. With the goal.

【0007】[0007]

【問題を解決するための手段】 本願第1発明におい
て、合成天然ガス製造装置が水導入用インレットおよび
メタンリッチガス排出用アウトレットを有するハウジン
グ手段と、ハウジング手段内に支持された第1電極手段
と、第1電極手段から間隔をおいて配置された第2電極
手段と、第1および第2電極手段間に形成された第1お
よび第2反応ゾーンを有するアーク反応室と、第1およ
び第2反応ゾーン内にそれぞれ充填された粒状水素生成
手段および粒状炭素含有材と第1および第2電極手段に
給電してアーク反応室内にアークを発生させる給電手段
と、インレットとアーク反応室を連結してアーク反応室
に水を導入する通路手段とを備えることにより達成され
る。
Means for Solving the Problems In the first invention of the present application, a synthetic natural gas producing apparatus has a housing means having an inlet for water introduction and an outlet for discharging methane-rich gas, a first electrode means supported in the housing means, A second electrode means spaced from the first electrode means; an arc reaction chamber having first and second reaction zones formed between the first and second electrode means; Power supply means for supplying power to the particulate hydrogen generating means and particulate carbon-containing material charged in the zone and the first and second electrode means to generate an arc in the arc reaction chamber; and connecting the inlet and the arc reaction chamber to the arc. And a passage means for introducing water into the reaction chamber.

【0008】 本願第2発明において、合成天然ガス製
造法がアーク反応室内に第1反応ゾーンと第2反応ゾー
ンを設けて第1反応ゾーン内で水をプラズマアークによ
り処理して水素リッチガスを生成し、次いで、水素リッ
チガスをプラズマアークの存在下で第2反応ゾーンで炭
素含有材の炭素と接触反応させてメタンリッチガスを生
成することにより達成される。
In the second invention of the present application, the synthetic natural gas production method includes providing a first reaction zone and a second reaction zone in an arc reaction chamber, and treating water by a plasma arc in the first reaction zone to generate a hydrogen-rich gas. This is then achieved by contacting the hydrogen-rich gas with carbon of the carbon-containing material in a second reaction zone in the presence of a plasma arc to produce a methane-rich gas.

【0009】[0009]

【作用】 本発明の合成天然ガス製造法およびその装置
において、アーク反応室内に第1反応ゾーンと第2反応
ゾーンを設けて第1反応ゾーンで水をプラズマアークに
より熱分解して水素リッチガスを生成し、次いで、プラ
ズマアークの存在下で第2反応ゾーンで水素と炭素含有
材の炭素と接触反応させてメタンリッチガスを得るよう
にしたものである。
In the method and apparatus for producing synthetic natural gas of the present invention, a first reaction zone and a second reaction zone are provided in an arc reaction chamber, and water is thermally decomposed by a plasma arc in the first reaction zone to generate a hydrogen-rich gas. Then, in the second reaction zone in the presence of a plasma arc, hydrogen is brought into contact with carbon of the carbon-containing material to obtain a methane-rich gas.

【0010】[0010]

【実施例】 以下、本発明の望ましい実施例について図
面を参照しながら説明する。図1、図2において、合成
天然ガス製造装置10はフロントカバー12、フロント
ハウジング14、センターハウジング16およびリヤー
ハウジング18を備える。ハウジング14、16、18
はそれぞれセラミックその他耐熱性絶縁材料からなり、
共通の中心軸20を備えていて、ネジ(図示せず)によ
って連結される。たとえば、図2において、ネジはセン
ターハウジング16の貫通孔21を通過してリヤーハウ
ジング18のタップ孔にネジ止めされる。図2におい
て、ハウジング18、16、14の内側には陰極ホルダ
ー22、インジェクタリング24および陽極26が収納
されている。陰極ホルダー22はハウジング18、16
の内部に固定支持されている。インジェクタリング24
は陰極ホルダ22と陽極26との間にサンドイッチされ
た状態でセンターハウジング16の内部に固定支持され
る。陽極26の後方部分はセンターハウジング16内に
部分的に延びていて、フロントカバー12により固定位
置に保持される。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2, the synthetic natural gas producing apparatus 10 includes a front cover 12, a front housing 14, a center housing 16 and a rear housing 18. Housings 14, 16, 18
Are made of ceramic and other heat-resistant insulating materials, respectively.
It has a common central shaft 20 and is connected by screws (not shown). For example, in FIG. 2, the screw passes through the through hole 21 of the center housing 16 and is screwed into a tap hole of the rear housing 18. In FIG. 2, a cathode holder 22, an injector ring 24 and an anode 26 are housed inside the housings 18, 16, and 14. The cathode holder 22 includes housings 18 and 16.
It is fixedly supported inside. Injector ring 24
Is fixedly supported inside the center housing 16 in a state sandwiched between the cathode holder 22 and the anode 26. The rear portion of the anode 26 extends partially into the center housing 16 and is held in a fixed position by the front cover 12.

【0011】 陰極ホルダー22および陽極26はそれ
ぞれ端子部材28、30を介して、プラズマアークを発
生するための図示しない交流電源、直流電源もしくは高
周波パルス電源に接続される。端子部材28は陰極ホル
ダー22にネジ止めされ、端子部材30は陽極26と導
通するようにフロントハウジング14のタップ孔14a
にネジ止められる。ハウジング14およびフロントカバ
ー12はそれぞれ水導入インレット32と、生成ガス排
出用アウトレット34を備える。インレット32には水
供給管36を介して水が原料として供給される。ハウジ
ング14、16の内部には陽極26の外周を冷却するた
めの第1冷却通路手段38と、陰極ホルダー22を冷却
するための第2冷却通路手段40と、中間通路41とを
備える。
The cathode holder 22 and the anode 26 are connected to an AC power source, a DC power source, or a high-frequency pulse power source (not shown) for generating a plasma arc via terminal members 28 and 30, respectively. Terminal member 28 is screwed to cathode holder 22, and terminal member 30 is tapped hole 14 a of front housing 14 so as to conduct with anode 26.
Screw. The housing 14 and the front cover 12 each include a water inlet 32 and a product gas outlet 34. Water is supplied to the inlet 32 via a water supply pipe 36 as a raw material. Inside the housings 14 and 16, there are provided first cooling passage means 38 for cooling the outer periphery of the anode 26, second cooling passage means 40 for cooling the cathode holder 22, and an intermediate passage 41.

【0012】 図2において、陰極ホルダー22は陰極
アッセムブリ42のネジ部44を保持するためのフロン
トエンド46を備える。陰極アッセムブリ42は陽極2
6の内部に延びている棒状陰極48を備える。陰極48
はトリウム含有タングステン、もしくは窒化ハフニウム
等の電極材料から構成される。陰極ホルダー22の中心
部は第2冷却手段40内に配置されたスチーム発生部5
0を備える。スチーム発生部50は陰極ホルダー22内
の中央孔52と、管状銅メッシュ54と、銅メッシュ5
4内に充填されていて陰極アッセムブリ48の熱を放散
させて予熱水からスチームを発生させる複数のペレット
またはボール状の固形状伝熱体56を備える。第2冷却
通路手段40は陰極ホルダー22に形成された環状通路
58、インレット60、アウトレット62を備える。環
状通路58は第1冷却通路手段38に連通している。ア
ウトレット62とインジェクタリング24との間にはス
チーム供給通路64が配置されている。スチーム供給通
路64はリヤーハウジング18に形成されていて、その
中間部にスチームの供給量を調節するための流量調整弁
66が配置される。センターハウジング16はスチーム
をインジェクタリング24に供給するための通路68を
備える。インジェクタリング24の外周とセンターハウ
ジング16の内壁との間には環状通路70が形成され
る。インジェクタリング24には接線方向にスチームを
噴射するための複数のスチーム噴射ノズル72を備え、
その内壁と陰極アッセムブリ42の外周との間に渦流室
74が形成されている。
In FIG. 2, the cathode holder 22 includes a front end 46 for holding a screw portion 44 of the cathode assemble 42. The cathode assembly 42 is the anode 2
6 is provided with a rod-shaped cathode 48 extending inside. Cathode 48
Is made of an electrode material such as thorium-containing tungsten or hafnium nitride. The central portion of the cathode holder 22 is located at the steam generator 5 disposed in the second cooling means 40.
0 is provided. The steam generating section 50 has a central hole 52 in the cathode holder 22, a tubular copper mesh 54, and a copper mesh 5.
A plurality of pellets or ball-shaped solid heat transfer bodies 56 filled in 4 and dissipating heat of the cathode assemblage 48 to generate steam from the preheated water are provided. The second cooling passage means 40 includes an annular passage 58, an inlet 60, and an outlet 62 formed in the cathode holder 22. The annular passage 58 communicates with the first cooling passage means 38. A steam supply passage 64 is arranged between the outlet 62 and the injector ring 24. The steam supply passage 64 is formed in the rear housing 18, and a flow regulating valve 66 for adjusting the steam supply amount is disposed at an intermediate portion thereof. The center housing 16 has a passage 68 for supplying steam to the injector ring 24. An annular passage 70 is formed between the outer periphery of the injector ring 24 and the inner wall of the center housing 16. The injector ring 24 includes a plurality of steam injection nozzles 72 for injecting steam in a tangential direction,
A vortex chamber 74 is formed between the inner wall and the outer periphery of the cathode assemble 42.

【0013】 陰極アッセムブリ42と陽極26の内壁
との間には第1および第2反応ゾーンZ1、Z2からな
るアーク反応室76が形成される。第1反応ゾーンZ1
の中に多数の高融点材料からなる粒状水素生成手段78
が充填される。粒状水素生成手段78は、第1例として
は、直径2〜30mmのボール状電極体からなり、陰極
48と同一材料から構成しても良い。第2例として、粒
状水素生成手段78はボール状電極材からなる粒状導体
と粒状不導体との混合物から構成し、その混合比はスパ
ーク発生効率が最っとも高い1:1.5〜1.5:1の
範囲に定められる。粒状不導体としては珪石、石英等の
鉱石からなる二酸化珪素またはセラミックから選択して
も良い。この場合、二酸化珪素は絶縁材としてのみでな
く、アークの存在下で酸化還元を繰り返しながら水を合
成天然ガス酸素に分解するのに有効となる。第3例とし
て、粒状水素生成手段78は粒状の酸化チタン(T
)系触媒、酸化鉄(Fe)系触媒および酸化珪
素(SiO)系触媒からなる群から選択される。粒状
体78の目的はアーク反応室76内で粒状体の多数のす
き間にスパークによる微小プラズマアークを均一に発生
させることにある。このため、アーク反応室内76の第
1反応ゾーンZ1には極めて大量の微小プラズマアーク
が発生し、スチームとの接触反応効率が著しく向上して
水の分解効率が高くなる。なお、粒状触媒は陰極48か
ら電子が放出されるときに、電子の作用でFeO、Fe
,SiO、SiO;TiO、TiO等の酸化
金属からFe、FeO;Si、SiO;Ti、TiO等
の金属に還元されるとともに、極めて反応性に富む酸素
原子(励起状態の酸素原子)Oを生成する。酸素原子
はスチームHOを酸化してH+Oに分解する
ことに寄与するものと考えられる。以上のように、触媒
は電子の存在下で酸化還元を繰り返すので、水分解反応
が継続し、スチームから連続的に分解ガスが生成され
る。なお、合成天然ガスのみを含有する分解ガスを得る
には粒状体78をマグネタイト(Fe)等の酸化
鉄からなる触媒ボールを第1反応ゾーンZ1内に充填し
た後、電極に給電してプラズマアークを発生させながら
合成天然ガスを通して酸素欠陥マグネタイトにしてから
実運転に入ると良い。この場合、複数台の合成天然ガス
製造装置を並列接続して、定期的に装置内部に合成天然
ガスを導入することにより、連続的に水から合成天然ガ
スを得ることができる。図2において、第2反応ゾーン
Z2内にはメタンリッチガス生成用の粒状炭素含有材7
9が充填される。粒状炭素含有材79は木炭、竹炭、コ
ークス、グラファイト、カーボンおよびそれらの混合物
からなる群から選ばれた塊状、固体状または粉末状材料
から選択される。なお、炭素含有材79は触媒金属表面
に炭素を折出させたものでも良い。1例として、触媒金
属を単体もしくはニッケル含有マグネタイト(Fe
)等の酸化鉄から選択して、これに300〜500℃
で水素を通して酸素欠陥マグネタイトにして活性化し、
その後二酸化炭素を導入してマグネタイト表面に炭素を
折出させたものでも良い。図2において、炭素含有材7
9として直径2〜30mmの炭素ボールを利用すると、
炭素ボール同志が点接触するとともに、炭素ボールの間
に多数のすきまが形成される。したがって、電極に給電
されると、個々の炭素ボールに電流が流れ、すきまにス
パークによるプラズマアークが発生する。このアークは
第2反応ゾーンZ2に充填された炭素ボールのほとんど
のすきまに均一に発生する。したがって、第1反応ゾー
ンZ1で生成された水素リッチガスの水素はプラズマア
ークの存在下で炭素ボールの炭素と接触反応してメタン
リッチガスが生成される。アーク反応室76のフロント
側にはディスク状多孔板80が配置されている。陽極2
6のフロントエンドには急冷室82と急冷フイン84が
形成され、急冷室82は通路86を介して第1冷却通路
手段38に連通している。フロントカバー12の中央部
に急冷室88と急冷フイン90が形成されている。急冷
室82、88と急冷フイン84、90はそれぞれ軸方向
に整列して連続している。メタンリッチガスは多孔板8
0から噴出して膨脹し、急冷フイン88、90により急
冷された後、アウトレット34から排出される。
An arc reaction chamber 76 including first and second reaction zones Z 1 and Z 2 is formed between the cathode assembly 42 and the inner wall of the anode 26. First reaction zone Z1
A granular hydrogen generating means 78 made of a number of high melting point materials.
Is filled. As a first example, the granular hydrogen generating means 78 is formed of a ball-shaped electrode body having a diameter of 2 to 30 mm, and may be formed of the same material as the cathode 48. As a second example, the granular hydrogen generating means 78 is composed of a mixture of a granular conductor and a granular non-conductor made of a ball-shaped electrode material, and the mixture ratio is 1: 1.5 to 1. It is determined in the range of 5: 1. The granular non-conductor may be selected from silicon dioxide or ceramic made of ore such as silica or quartz. In this case, silicon dioxide is effective not only as an insulating material but also for decomposing water into synthetic natural gas oxygen while repeating oxidation and reduction in the presence of an arc. As a third example, the particulate hydrogen generating means 78 is a device for generating particulate titanium oxide (T 1 O).
2 ) A catalyst selected from the group consisting of a catalyst, an iron oxide (Fe 3 O 4 ) catalyst, and a silicon oxide (SiO 2 ) catalyst. The purpose of the granules 78 is to uniformly generate a small plasma arc due to sparks in a number of gaps of the granules in the arc reaction chamber 76. Therefore, a very large amount of a small plasma arc is generated in the first reaction zone Z1 in the arc reaction chamber 76, and the efficiency of the contact reaction with steam is remarkably improved, and the efficiency of water decomposition is increased. When electrons are emitted from the cathode 48, the particulate catalyst causes FeO, Fe
3 O 4 , SiO, SiO 2 ; reduced from metal oxides such as TiO and TiO 2 to metals such as Fe, FeO; Si, SiO; Ti and TiO, and extremely reactive oxygen atoms (excited state oxygen) Atom) O * is generated. It is considered that the oxygen atom O * contributes to oxidizing the steam H 2 O and decomposing it to H 2 + O 2 . As described above, since the catalyst repeats oxidation-reduction in the presence of electrons, the water splitting reaction continues, and cracked gas is continuously generated from steam. In order to obtain a cracked gas containing only synthetic natural gas, the granular material 78 is filled with a catalyst ball made of iron oxide such as magnetite (Fe 3 O 4 ) in the first reaction zone Z1, and then the power is supplied to the electrode. It is advisable to start the actual operation after generating oxygen deficient magnetite through synthetic natural gas while generating a plasma arc. In this case, a plurality of synthetic natural gas producing apparatuses are connected in parallel, and synthetic natural gas can be continuously obtained from water by periodically introducing synthetic natural gas into the apparatus. In FIG. 2, a granular carbon-containing material 7 for producing methane-rich gas is provided in a second reaction zone Z2.
9 are filled. The particulate carbon-containing material 79 is selected from a bulk, solid, or powder material selected from the group consisting of charcoal, bamboo charcoal, coke, graphite, carbon, and mixtures thereof. Note that the carbon-containing material 79 may be one obtained by depositing carbon on the surface of the catalyst metal. As an example, the catalyst metal may be a simple substance or a nickel-containing magnetite (Fe 3 O
4 ) Select from iron oxides such as 300-500 ° C
To activate oxygen-deficient magnetite through hydrogen,
Thereafter, carbon dioxide may be introduced into the magnetite surface by introducing carbon dioxide. In FIG. 2, the carbon-containing material 7
When a carbon ball having a diameter of 2 to 30 mm is used as 9,
As the carbon balls come into point contact with each other, many gaps are formed between the carbon balls. Therefore, when power is supplied to the electrodes, a current flows through each carbon ball, and a plasma arc is generated by sparks. This arc is uniformly generated in most of the gaps of the carbon ball filled in the second reaction zone Z2. Therefore, the hydrogen of the hydrogen-rich gas generated in the first reaction zone Z1 contacts and reacts with the carbon of the carbon ball in the presence of the plasma arc to generate a methane-rich gas. A disk-shaped perforated plate 80 is arranged on the front side of the arc reaction chamber 76. Anode 2
A quenching chamber 82 and a quenching fin 84 are formed at the front end of the cooling chamber 6, and the quenching chamber 82 communicates with the first cooling passage means 38 via a passage 86. A quenching chamber 88 and a quenching fin 90 are formed in the center of the front cover 12. The quenching chambers 82 and 88 and the quenching fins 84 and 90 are axially aligned and continuous. Methane rich gas is perforated plate 8
After squirting from 0 and expanding, it is quenched by the quench fins 88 and 90 and then discharged from the outlet 34.

【0014】 上記構成において、原料としての水は冷
却水としても共用される。この目的のため、冷却水はイ
ンレット32から第1冷却通路手段38内に導入され、
一部は通路86を介して急冷室82、88に供給され、
残部は通路41を介して第2冷却通路手段40に供給さ
れる。このとき、陽極26と陰極48は直流電源、交流
電源もしくは高周波パルス電源により通電されて、第1
および第2反応ゾーンZ1、Z2内にはプラズマアーク
が発生する。この状態で、陽極26の外周は冷却水によ
って連続的に冷却される。冷却水は次に第2冷却通路手
段40の環状通路58およびインレット60に流入して
陰極ホルダー22を冷却して、予熱されて温水となる。
この温水はスチーム発生部50で高温の伝熱体56と接
触してスチームを発生する。スチームは流量調整弁66
で流量調整され、噴射ノズル72を介して渦流室74内
に噴射され、陰極アッセムブリ42の表面を冷却しなが
ら、第1反応ゾーンZ1内に流入する。このとき、スチ
ームは第1反応ゾーンZ1内でプラズマアークの存在下
で水素リッチガスに転換される。水素リッチガスは第2
反応ゾーンZ2内でプラズマアークの存在下で炭素含有
材79と接触してメタンリッチガスが生成される。水素
リッチガスが下記化学式(1)のように水素と酸素から
なる場合、化学式(2)のようにメタン化反応が進行し
て、メタンと炭酸ガスとの混合ガスが生成される。一
方、第1反応ゾーンZ1において水素リッチガスが水素
のみを含有する場合は、化学式(3)のように水素と第
2反応ゾーンの炭素とが接触反応してメタンが生成され
る。
In the above configuration, water as a raw material is also used as cooling water. For this purpose, cooling water is introduced from the inlet 32 into the first cooling passage means 38,
A part is supplied to the quenching chambers 82 and 88 through the passage 86,
The remainder is supplied to the second cooling passage means 40 via the passage 41. At this time, the anode 26 and the cathode 48 are energized by a DC power supply, an AC power supply or a high-frequency pulse power supply,
Further, a plasma arc is generated in the second reaction zones Z1 and Z2. In this state, the outer periphery of the anode 26 is continuously cooled by the cooling water. The cooling water then flows into the annular passage 58 and the inlet 60 of the second cooling passage means 40 to cool the cathode holder 22 and is preheated to hot water.
This hot water comes into contact with the high-temperature heat transfer body 56 in the steam generating section 50 to generate steam. Steam is a flow control valve 66
The flow rate of the cathode assemble 42 is cooled while flowing into the swirl chamber 74 via the spray nozzle 72, and flows into the first reaction zone Z1. At this time, the steam is converted into a hydrogen-rich gas in the first reaction zone Z1 in the presence of the plasma arc. Hydrogen-rich gas is second
A methane-rich gas is generated in contact with the carbon-containing material 79 in the presence of the plasma arc in the reaction zone Z2. When the hydrogen-rich gas is composed of hydrogen and oxygen as in the following chemical formula (1), the methanation reaction proceeds as in the chemical formula (2), and a mixed gas of methane and carbon dioxide is generated. On the other hand, when the hydrogen-rich gas contains only hydrogen in the first reaction zone Z1, the hydrogen reacts with the carbon in the second reaction zone to produce methane as shown in chemical formula (3).

【0015】[0015]

【式】 2HO → 2H+O … (1) 2H+O+2C → CH+CO … (2) 2H+C → CH … (3) メタンリッチガスは多孔板80から噴出し、急冷フイン
84、90によって急冷された後、アウトレット34か
ら排出される。
[Formula] 2H 2 O → 2H 2 + O 2 (1) 2H 2 + O 2 + 2C → CH 4 + CO 2 (2) 2H 2 + C → CH 4 (3) After being quenched by the fins 84 and 90, it is discharged from the outlet 34.

【0016】 図3は図2の合成天然ガス製造装置の変
形例を示し、図2と同一部品には同一符号が用いられ
る。図3において、陽極100は陰極48と同心的な管
状三相交流電極からなる多相電極102、104、10
6を備え、これらはそれぞれ三相交流電源108のR
相、S相、T相に接続される。陰極ホルダー42は三相
交流電源108の中性点に接続されるか、接地電位とす
るのが良い。アーク反応室76は第1、第2反応ゾーン
Z1、Z2を備え、これらにそれぞれ粒状水素生成手段
78および炭素含有材79が充填される。電極106は
急冷室110を備える。電極102と104間には絶縁
スペーサ112が配置され、同様に、絶縁スペーサ11
4が電極104、106間に配置される。多相電極10
2、104、106に三相交流電圧が供給されると、第
1タイミングにおいて、多相電極102、104と中性
電極48との間の粒状体78のすきまに微小アークが発
生する。つぎに、第2タイミングにおいて、多相電極1
02、104、106と中性電極48との間に電位差が
生じてこれらの間の粒状体78、79のすきまに微小ア
ークが発生する。第3タイミングにおいて、多相電極1
02、106と中性電極48との間に電位差が生じて、
これらの間の粒状体78、79のすきまにアークが発生
する。第4タイミングにおいて、全ての多相電極10
2、104、106と中性電極48との間の粒状体7
8、79のすきまにアークが発生する。第5タイミング
において、多相電極104、106と中性電極48との
間の粒状体78、79のすきまにアークが発生する。第
6タイミングにおいて、多相電極102、104、10
6と中性電極との間の粒状体78、79のすきまにアー
クが生ずる。以後、同一サイクルが繰り返される。この
ように、アーク反応室76内では電圧の位相に応じて順
次アークの発生位置が変化して複数のアーク発生位置の
電離ガスが常時供給される。このため、スチーム量を増
加しても、アーク反応室76内では粒状体78、79の
すきまでアークが途切れることなく、第1反応ゾーンZ
1でスチームから安定した水素リッチガスが生成され、
第2反応ゾーンZ2でメタンリッチガスが生成される。
三相交流電源108は高周波交流電源から構成しても良
い。
FIG. 3 shows a modified example of the synthetic natural gas producing apparatus of FIG. 2, and the same parts as those of FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 3, an anode 100 is a multiphase electrode 102, 104, 10 consisting of a tubular three-phase AC electrode concentric with the cathode 48.
6, each of which has an R
Phase, S phase, and T phase. The cathode holder 42 is preferably connected to the neutral point of the three-phase AC power supply 108 or has a ground potential. The arc reaction chamber 76 has first and second reaction zones Z1 and Z2, which are filled with a granular hydrogen generating means 78 and a carbon-containing material 79, respectively. The electrode 106 includes a quenching chamber 110. An insulating spacer 112 is disposed between the electrodes 102 and 104.
4 are arranged between the electrodes 104, 106. Polyphase electrode 10
When the three-phase AC voltage is supplied to 2, 104 and 106, a minute arc is generated in the gap of the granular material 78 between the multi-phase electrodes 102 and 104 and the neutral electrode 48 at the first timing. Next, at the second timing, the multiphase electrode 1
A potential difference is generated between the neutral electrodes,, and the neutral electrode, and a minute arc is generated in a gap between the granular materials, between them. At the third timing, the multi-phase electrode 1
02, 106 and the neutral electrode 48 generate a potential difference,
An arc is generated in the gap between the granules 78 and 79 between them. At the fourth timing, all the multiphase electrodes 10
Granules 7 between 2, 104, 106 and neutral electrode 48
An arc is generated between the gaps 8 and 79. At the fifth timing, an arc is generated in the gap between the granules 78 and 79 between the multiphase electrodes 104 and 106 and the neutral electrode 48. At the sixth timing, the multiphase electrodes 102, 104, 10
An arc is created in the gap between the granules 78, 79 between 6 and the neutral electrode. Thereafter, the same cycle is repeated. As described above, in the arc reaction chamber 76, the arc generation position is sequentially changed according to the voltage phase, and the ionized gas at a plurality of arc generation positions is constantly supplied. For this reason, even if the steam amount is increased, the arc is not interrupted in the arc reaction chamber 76 up to the gaps of the granules 78 and 79, and the first reaction zone Z
At 1, stable hydrogen-rich gas is generated from steam,
A methane-rich gas is generated in the second reaction zone Z2.
The three-phase AC power supply 108 may be constituted by a high-frequency AC power supply.

【0017】 図4は図2の合成天然ガス製造装置の他
の変形例を示し、図2と同一部品には同一符号が用いら
れる。図4において、第1電極はフロントハウジング1
4(図2参照)内に収納される陽極120と、陰極ホル
ダー42に支持された平板状陰極122と、陽極120
と陰極122との間に配置されてフロントハウジング1
4およびセンターハウジング16内に収納される絶縁ス
リーブ124とを備える。陽極120は冷却水通路12
6と、急冷室128と、急冷フイン130と、メタンリ
ッチガス噴出口132とを備える。陰極122はスチー
ム供給口134を備えていてインジェクタリング24の
渦流室74と連通する。絶縁スリーブ124の内部には
第1、第2反応ゾーンZ1、Z2からなるアーク反応室
76が形成され、第1、第2反応ゾーンZ1、Z2内に
粒状水素生成手段78および粒状炭素含有材79が充填
される。陽極120と陰極122に交流電力、直流電力
もしくは高周波パスル電力が給電されると、粒状水素生
成手段78および粒状炭素含有材79のすきまにプラズ
マアークが発生する。スチームが渦流室74から陰極1
22のスチーム供給口134を介して第1反応ゾーンZ
1内に導入されると、スチームはプラズマアークにより
熱分解されて水素リッチガスが生成される。水素リッチ
ガスは第2反応ゾーンZ2で炭素含有材の炭素と接触反
応してメタンリッチガスが生成される。メタンリッチガ
スは噴出口132から噴出しながら急冷フイン130に
より急冷され、アウトレット136から排出される。図
4において、陽極120と陰極122の中間に通孔を備
えた第2平板状電極を配置して、これら電極を図3の実
施例の如く、三相交流電源もしくは高周波交流電源に接
続しても良い。
FIG. 4 shows another modification of the synthetic natural gas production apparatus of FIG. 2, and the same parts as those of FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 4, the first electrode is a front housing 1.
4 (see FIG. 2), a flat cathode 122 supported by the cathode holder 42, and an anode 120
And the cathode 122 and the front housing 1
4 and an insulating sleeve 124 housed in the center housing 16. The anode 120 is connected to the cooling water passage 12.
6, a quenching chamber 128, a quenching fin 130, and a methane-rich gas injection port 132. The cathode 122 has a steam supply port 134 and communicates with the swirl chamber 74 of the injector ring 24. An arc reaction chamber 76 including first and second reaction zones Z1 and Z2 is formed inside the insulating sleeve 124, and granular hydrogen generating means 78 and a particulate carbon-containing material 79 are provided in the first and second reaction zones Z1 and Z2. Is filled. When AC power, DC power or high-frequency pulse power is supplied to the anode 120 and the cathode 122, a plasma arc is generated in the gap between the granular hydrogen generating means 78 and the granular carbon-containing material 79. Steam flows from the vortex chamber 74 to the cathode 1
22 through the steam supply port 134 of the first reaction zone Z.
Once introduced into the steam, the steam is thermally decomposed by the plasma arc to produce a hydrogen-rich gas. The hydrogen-rich gas contacts and reacts with the carbon of the carbon-containing material in the second reaction zone Z2 to generate a methane-rich gas. The methane-rich gas is quenched by the quench fins 130 while ejecting from the ejection port 132, and is discharged from the outlet 136. In FIG. 4, a second plate-like electrode having a through hole is disposed between the anode 120 and the cathode 122, and these electrodes are connected to a three-phase AC power supply or a high-frequency AC power supply as in the embodiment of FIG. Is also good.

【0018】 図3の実施例において、中性電極48を
削除しても良い。また、三相交流電極は4相交流4電極
または6相交流6電極にしても良い。
In the embodiment of FIG. 3, the neutral electrode 48 may be omitted. Further, the three-phase AC electrode may be a four-phase AC four electrode or a six-phase AC six electrode.

【0019】[0019]

【発明の効果】 以上より明らかなように、本発明の合
成天然ガス製造法およびその装置によれば安価な水、蒸
留水、純水、飲料水、工業用水もしくは海水を原料とし
て低コストにてクリーンな合成天然ガスを大量生産可能
とし、新エネルギー源としてあるいは化学工業用原料と
して貢献度大である。
As is clear from the above, according to the synthetic natural gas production method and the apparatus of the present invention, low-cost water, distilled water, pure water, drinking water, industrial water or seawater is used as a raw material. It enables mass production of clean synthetic natural gas, and greatly contributes as a new energy source or as a raw material for the chemical industry.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の望ましい実施例による合成天然ガス
製造装置の外観図である。
FIG. 1 is an external view of a synthetic natural gas production apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

【図2】 図1の合成天然ガス製造装置の断面図であ
る。
FIG. 2 is a sectional view of the synthetic natural gas production apparatus of FIG.

【図3】 図2の合成天然ガス製造装置の変形例であ
る。
FIG. 3 is a modified example of the synthetic natural gas production apparatus of FIG.

【図4】 図2の合成天然ガス製造装置の他の変形例で
ある。
FIG. 4 is another modified example of the synthetic natural gas production apparatus of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12 フロントカバー、 14 フロントハウジング、
16 センターハウジング、 18 リヤーハウジン
グ、 20 中心軸、22 陰極ホルダー、 24 イ
ンジェクタリング、 26 陽極、28、30 端子部
材、 32 インレット、 34 アウトレット、38
第1冷却通路、 40 第2冷却通路、42 陰極ア
ッセムブリ、48 陰極、 50 スチーム発生部、
72 噴出ノズル、74 渦流室、 76 アーク反応
室、 78 粒状水素生成手段、79 粒状炭素含有
材、 82、88 急冷室、102、104、106
管状三相交流電極、 108 三相交流電源、110
急冷室、 122 平板状陰極、 126 陽極、Z1
第1反応ゾーン、 Z2 第2反応ゾーン
12 front cover, 14 front housing,
16 center housing, 18 rear housing, 20 center axis, 22 cathode holder, 24 injector ring, 26 anode, 28, 30 terminal member, 32 inlet, 34 outlet, 38
1st cooling passage, 40 2nd cooling passage, 42 cathode assemble, 48 cathode, 50 steam generation part,
72 ejection nozzle, 74 vortex chamber, 76 arc reaction chamber, 78 granular hydrogen generation means, 79 granular carbon-containing material, 82, 88 quenching chamber, 102, 104, 106
Tubular three-phase AC electrode, 108 three-phase AC power supply, 110
Quenching chamber, 122 flat cathode, 126 anode, Z1
First reaction zone, Z2 Second reaction zone

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水導入用インレットおよびメタンリッチ
ガス排出用アウトレットを有するハウジング手段と、ハ
ウジング手段内に支持された第1電極手段と、第1電極
手段から間隔をおいて配置された第2電極手段と、第1
および第2電極手段間に形成された第1および第2反応
ゾーンを有するアーク反応室と、第1および第2反応ゾ
ーン内にそれぞれ充填された粒状水素生成手段および粒
状炭素含有材と第1および第2電極手段に給電してアー
ク反応室内にアークを発生させる給電手段と、インレッ
トとアーク反応室を連結してアーク反応室に水を導入す
る通路手段とを備える合成天然ガス製造装置。
1. A housing means having an inlet for water introduction and an outlet for discharging methane-rich gas, a first electrode means supported in the housing means, and a second electrode means spaced from the first electrode means. And the first
An arc reaction chamber having first and second reaction zones formed between the first and second electrode means, and a particulate hydrogen generating means and a particulate carbon-containing material filled in the first and second reaction zones, respectively, An apparatus for producing synthetic natural gas, comprising: power supply means for supplying power to the second electrode means to generate an arc in the arc reaction chamber; and passage means for connecting the inlet and the arc reaction chamber to introduce water into the arc reaction chamber.
【請求項2】 請求項1において、通路手段が冷却手段
を備えている合成天然ガス製造装置。
2. The synthetic natural gas producing apparatus according to claim 1, wherein the passage means includes a cooling means.
【請求項3】 請求項1または2において、さらに、ハ
ウジング手段内に収納されていて第2電極手段を支持す
る電極ホルダーを備える合成天然ガス製造装置。
3. The synthetic natural gas producing apparatus according to claim 1, further comprising an electrode holder housed in the housing means and supporting the second electrode means.
【請求項4】 請求項3において、さらに、スチーム発
生手段を備え、スチーム発生手段が通路手段に連結され
ている合成天然ガス製造装置。
4. The synthetic natural gas production apparatus according to claim 3, further comprising steam generating means, wherein the steam generating means is connected to the passage means.
【請求項5】 請求項4において、さらに、スチームを
アーク反応室に供給するためのインジェクタ手段を備え
る合成天然ガス製造装置。
5. The synthetic natural gas production apparatus according to claim 4, further comprising an injector means for supplying steam to the arc reaction chamber.
【請求項6】 請求項1または2において、粒状水素生
成手段が粒状電極体および粒状触媒の少くとも1つから
なる群から選択される合成天然ガス製造装置。
6. The synthetic natural gas production apparatus according to claim 1, wherein the granular hydrogen generating means is selected from the group consisting of at least one of a granular electrode body and a granular catalyst.
【請求項7】 請求項1または2において、粒状水素生
成手段が粒状電極体と粒状導体と粒状不導体との混合物
からなり、その混合比が1:1.5〜1.5:1の範囲
からなる合成天然ガス製造装置。
7. The particulate hydrogen generating means according to claim 1, wherein the particulate hydrogen generating means comprises a mixture of a particulate electrode body, a particulate conductor, and a particulate nonconductor, and the mixing ratio is in the range of 1: 1.5 to 1.5: 1. Synthetic natural gas production equipment.
【請求項8】 請求項3において、第1電極手段が管状
陽極からなり、第2電極手段が電極ホルダーに支持され
ていて管状陽極と同心的な陰極アッセムブリからなる合
成天然ガス製造装置。
8. The synthetic natural gas production apparatus according to claim 3, wherein the first electrode means comprises a tubular anode, and the second electrode means comprises a cathode assemble supported by an electrode holder and concentric with the tubular anode.
【請求項9】 請求項1または2において、第1および
第2電極手段が軸方向に間隔をおいて配置された三相交
流電極からなり、給電手段が三相交流電源からなる合成
天然ガス製造装置。
9. The synthetic natural gas production system according to claim 1, wherein the first and second electrode means comprise three-phase AC electrodes spaced apart in the axial direction, and the power supply means comprises a three-phase AC power supply. apparatus.
【請求項10】 請求項9において、さらに、中性電極
を備え、中性電極が接地されている合成天然ガス製造装
置。
10. The synthetic natural gas production apparatus according to claim 9, further comprising a neutral electrode, wherein the neutral electrode is grounded.
【請求項11】 請求項3において、第1電極手段が陽
極からなり、第2電極手段が陽極から軸方向に間隔をお
いて配置されていて電極ホルダーに支持された平板状陰
極からなる合成天然ガス製造装置。
11. The synthetic natural material according to claim 3, wherein the first electrode means comprises an anode, and the second electrode means comprises a flat cathode supported by an electrode holder and spaced axially from the anode. Gas production equipment.
【請求項12】 請求項7において、粒状触媒が酸化チ
タン系触媒、酸化鉄系触媒および酸化珪素系触媒からな
る群から選択された固形状触媒からなる合成天然ガス製
造装置。
12. The synthetic natural gas production apparatus according to claim 7, wherein the particulate catalyst comprises a solid catalyst selected from the group consisting of a titanium oxide-based catalyst, an iron oxide-based catalyst, and a silicon oxide-based catalyst.
【請求項13】 請求項7において、粒状不導体が酸化
珪素系触媒からなる合成天然ガス製造装置。
13. The synthetic natural gas producing apparatus according to claim 7, wherein the particulate non-conductor is a silicon oxide-based catalyst.
【請求項14】 請求項1または2において、さらに、
ハウジング手段に固定されたフロントカバーを備え、フ
ロントカバーがアウトレットに配置された急冷手段を備
える合成天然ガス製造装置。
14. The method according to claim 1, further comprising:
An apparatus for producing synthetic natural gas, comprising: a front cover fixed to a housing means; and a quenching means in which the front cover is disposed at an outlet.
【請求項15】 請求項4または5において、さらに、
スチーム発生手段とインジェクタ手段との間に流量調整
手段を備える合成天然ガス製造装置。
15. The method according to claim 4, further comprising:
An apparatus for producing synthetic natural gas comprising a flow rate adjusting means between a steam generating means and an injector means.
【請求項16】 アーク反応室内に第1反応ゾーンと第
2反応ゾーンを設けて第1反応ゾーン内で水をプラズマ
アークにより処理して水素リッチガスを生成し、次い
で、水素リッチガスをプラズマアークの存在下で第2反
応ゾーンで炭素含有材の炭素と接触反応させてメタンリ
ッチガスを生成することを特徴とする合成天然ガス製造
法。
16. A first reaction zone and a second reaction zone are provided in an arc reaction chamber, and water is treated by a plasma arc in the first reaction zone to generate a hydrogen-rich gas, and then the hydrogen-rich gas is added to the presence of the plasma arc. A method for producing synthetic natural gas, comprising: producing a methane-rich gas by contacting and reacting with carbon of a carbon-containing material in a second reaction zone.
【請求項17】 請求項16において、第1反応ゾーン
内に粒状電極体を充填して、これらのすきまにプラズマ
アークを発生させ、水またはスチームを粒状電極体のす
きまを通過させる合成天然ガス製造法。
17. The synthetic natural gas production according to claim 16, wherein the first reaction zone is filled with the particulate electrode bodies, a plasma arc is generated in these gaps, and water or steam passes through the gaps in the granular electrode bodies. Law.
【請求項18】 請求項16において、第1反応ゾーン
内に粒状電極体を粒状不導体との混合物を充填し、その
混合比が1:1.5〜1.5:1の範囲から選択される
合成天然ガス製造法。
18. The method according to claim 16, wherein the first reaction zone is filled with a mixture of the particulate electrode body and the particulate non-conductor, and the mixture ratio is selected from the range of 1: 1.5 to 1.5: 1. Synthetic natural gas production method.
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